JPH0429750A - 排ガス浄化触媒用メタル担体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内燃機関の排ガス浄化触媒に用いられるメタ
ル担体に関する。

［従来の技術］ 排ガス浄化触媒用メタル担体として、例えば実開昭６２
−１９４４３６号公報などにみられるように、ハニカム
部の外周面と外筒の内周面とをロウ付げにより一体的に
接合したものが知られている。また、例えば第４図及び
第５図に示すような平板１０と波板１１とを重ねてロー
ル状に巻いて形成されたハニカム部１と、そのハニカム
部１の外周面１２に円筒状に巻き付けられたロウ箔２と
、ハニカム部１が収納される金属製外筒３とよりなり、
ハニカム部１の外周面１２と外筒３の内周面３０とがロ
ウ箔２を介して接合された接合部２０を形成したメタル
担体が知られている。

このメタル担体では、ハニカム部１のハニカム通路表面
にアルミナなどからなる触媒担持層が形成され、その触
媒担持層に触媒金属が担持されて排ガス浄化触媒とされ
る。そして内燃機関の排気通路に配置され、排気ガス中
のＨＣ，Ｃｏ、Ｎ。

×などを浄化する。

なお、特開昭６２−２２８６１６号公報、実開昭６２−
１５６１１２号公報、実開昭６２−１５６１１３号公報
には、ハニカム部を外筒に挿入し貫通ピンで固定したメ
タル担体が開示されている。

特開昭６３−９４０１５号公報、特開昭６３９３３３１
号公報、特開昭６４−３９８２７号公報には、ハニカム
コア体を収納した外筒の端部開口に扱は止め部材を設け
たメタル担体が開示されている。

実開昭６２−１９４４３６号公報、実開昭６２０９５７
３３号公報には、外筒とハニカム部間をロウ付けで固定
したメタル担体が開示されている。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、メタル担体は、ハニカム部を通過する高温の
排気ガスとの接触および触媒反応による発熱により、熱
膨脹を生じる加熱時と、自然冷却されて収縮する冷却時
のいわゆる、冷熱サイクルが繰り返し作用する。

このため、貫通ピン、抜は止め部材等を用いた機械式固
定法を用いた前記メタル担体では、加熱時のハニカム部
と外筒との熱膨脹率の差が生じて発生する応力に対して
ハニカム部の高温強度が不足し貫通ピン、抜は止め部材
に当接する部分のハニカム部が切断され固定できない。

また、ロウ付げによる接合法を用いた前記メタル担体で
は、メタル担体に冷熱サイクルが生じた時に、前記接合
部と非接合部との境界部に熱応力が発生し、境界部位置
部分でハニカム部にキレン及び座屈等の発生や、これ等
が起因となり発生するハニカム部のセル詰まり、通気抵
抗の上昇及び触媒性能の低下等やハニカム部と外筒との
接合部が剥離しハニカム部が外筒より後退する（ズレ）
等の不具合をもつ。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、
冷熱サイクル時にハニカム部と外筒との間の温度分布の
違いおよび熱膨脹率の違いからハニカム部及び外筒の接
合部と非接合部との境界部に生じる応力の集中を分散し
て、前記応力が集中することによる不具合を低減するこ
とを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の排ガス浄化触媒用メタル担体は、平板と波板と
を重ねてロール状に巻いて形成されたハニカム部と、該
ハニカム部の外周に円筒状に巻き付けられたロウ部材と
、該ハニカム部が収納される外筒とよりなり、該ハニカ
ム部の外周面と核外筒の内周面とが該ロウ部材を介して
接合された接合部をもつメタル担体において、 該接合部は、担体軸方向に１〜１５ｍｍのリング状の間
隔を隔てて形成された複数の帯であることを特徴とする
。

ハニカム部は、平板と波板とを重ねた状態でロール状に
巻いて形成されている。波板は、通常平板を波板状に曲
折して形成され、平板と同材質で同一板厚を有している
。この平板および波板は、従来と同様に例えばＡ３２−
Ｃｒ−Ｆｅ合金、ステンレス鋼などから形成される。

ロウ部材は、例えば２０〜５０μｍの厚さのものでハニ
カム部の外周に円筒状に巻き付けられ、ハニカム部の外
周面と外筒の内周面とを接合するものである。このロウ
部材は、ハニカム部と外筒との間に介在するとともに、
両者の間に接合部を形成する。

この接合部は、担体軸方向に１〜１５ｍｍのリング状の
間隔を隔てて形成された複数の帯よりなる。前記リング
状の間隔を１〜１５ｍｍに限定した理由は、この範囲内
であると、冷熱サイクル時に担体軸方向に発生する応力
が発生しても前記リング状の間隔位置の非接合部分が適
量、変形することによってこの歪みが吸収されるととも
に、接合部と非接合部との境界部に作用する応力を効率
良く分散できる効果が得られるからである。しかしリン
グ状の間隔が１ｍｍ未満であると、前記応力が発生した
とき前記非接合部分で充分な変形が得られず境界部に作
用する応力を分散できない。

またリング状の間隔が１５ｍｍを超過するものであると
、前記非接合部分の変形量が大きくなり、かつこの変形
作用力が境界部に作用し１．リング状の間隔を形成し境
界部の距離を周方向に長くした効果が打ち消される。従
って前記リング状の間隔は、前記値の範囲内とする必要
がある。また、前記複数の帯は、その担体軸方向のリン
グ状の間隔が１〜１５ｍｍと設定したものでおれば、２
以上のものを使用することができる。また前記帯には、
周方向に切れ目を入れたものを用いることができる。

外筒は、例えばステンレス鋼製など、従来と同様のもの
を用いることができ、その板厚は従来と同様、通常１〜
２ｍｍ程度である。

［作用および効果］ 本発明の排ガス浄化触媒用メタル担体では、ハニカム部
の外周面と外筒の内周面とが、ハニカム部の外周に円筒
状に巻き付けられたロウ部材により接合され、その接合
部は、担体軸方向に１〜１５ｍｍのリング状の間隔を隔
てて形成された複数の帯よりなる。

この発明のメタル担体は、冷熱サイクル時にその軸方向
に発生する応力に対し、前記リング状の間隔位置の非接
合部が適量、変形する。このようにして前記応力による
歪がリング状の間隔内で吸収され、この分、接合部と非
接合部との境界部に作用する応力を低減できる。

このため、リング状の間隔によって距離を周方向に長く
形成することによる境界部での応力を分散する効果を引
出すことができる。

従って、前記応力が境界部に集中し、ハニカム部と外筒
との接合部が剥離することを低減できる。

［実施例］ （実施例１） 本発明の実施例１の排ガス浄化触媒用メタル担体を斜視
図で示す第１図、部分断面図で示す第２図、分解斜視図
で示す第３図に基づいて説明する。

このメタル担体は、第２図、愛３図に示されるようにハ
ニカム部１と、ハニカム部１の外周面１２に円筒状に巻
き付けられハニカム部１の軸方向に長ざＬ２が１ｍｍに
設定されたリング状の間隔Ｚを保って並列に設けられた
２つのロウ部材２Ａ、２Ｂと、外筒３とより構成される
。

ハニカム部１は、板厚０．０５ｍｍの２００ｒ−５ＡＪ
ｌ！及び残部が主としてＦｅから成るＡＪ２含有フェラ
イト系ステンレス鋼製平板１０と、この平板１０を波状
に曲折して形成された波板１］とから構成されている。

そして平板１０と波板１１とを重ね、平板１０を表側に
してロール状に巻いて円筒状のハニカム部（直径９７ｍ
ｍｘ全長１２０ｍｍ＞１を得る。なお、形成されたハニ
カム部１の波板１１の頂部と平板１０との間にはロウが
介在し、平板１０と波板１１とは図略のロウ付けにより
一体的に接合されている。

ロウ部材２Ａ、２Ｂは、ハニカム部１を外筒３に収容す
る前段階で、ハニカム部１の外周面１２に円筒状に巻き
付けられる（第３図参照）。このロウ部材２Ａ、２Ｂは
、ハニカム部１の軸方向に対向する両端が円周方向に直
線状に延びる形状に形成された厚さ２０〜５０μｍで巾
長さＬｌが４０ｍｍの帯状の２つのロウ箔よりなる。２
つのロウ箔は、表２及び第２図に示されるようにハニカ
ム部１の軸方向の設定領域長さＬを８１　ｍｍとした範
囲で、ハニカム部１の両端からの長さし３が２０ｍｍの
位置に配設される。これにより、前記２つのロウ箔の互
いに対向する端部同志で形成されるリング状の間隔Ｚの
長ざＬ２が１ｍｍに設定される。そして、この日つ部材
２Ａ、２Ｂにより接合されたハニカム部１の外周面１２
と外筒３の内周面３０との接合部２０ａ、２０ｂと非接
合部２０Ｇとの２つの境界部２１ａ、２１ｂが形成され
る。

外筒３は、５ＵＳ４３０から成る板厚、ｔ＝１゜５ｍｍ
の円筒状の外筒（直径１００ｍｍｘ全長１２０ｍｍ）を
形成する。外筒３内には、ロウ部材２Ａ、２Ｂを外周面
１２に巻いたハニカム部１が収納され、この後、外筒３
とハニカム部１とは前記ロウ部材２Ａ、２Ｂによりロウ
付けされて一体的に接合される。

すなわち、ロウ部材２Ａ、２Ｂを外周面１２に巻き付け
たハニカム部１を前記外筒３に挿入し、真空中（１０−
’　〜１０−　Ｓ　Ｔｏｒｒｙ、１１００〜１２５０℃
で、１０〜３０分間のロウ付は処理を行いメタル担体を
得る。

このメタル担体は、活性アルミナ粉末、水、バインダー
を混合、撹拌して調整したスラリー中に、３０〜６０秒
間浸漬させる。これによりハニカム通路の表面にスラリ
ーが付着したメタル担体は、上記水溶液中より取出され
、余分なスラリーを吹き払い、１００℃で２時間乾燥し
た後、６５０℃で２時間焼成し活性アルミナコート層を
形成させる。この活性アルミナコート層中に希土類元素
が含まれていてもよい。

ついで、メタル担体は、別途準備したジニトロジアンミ
ン白金酸水溶液、塩化ロジウム水溶液に順次浸漬される
。これにより活性アルミナコート層に対し白金（Ｐｔ）
／ロジウム（Ｒｈ）＝１゜０１０．２　（Ｑ／１−ｃａ
ｔ、）の触媒金属を担持させて表１に示すテストサンプ
ルＡを得た。

（実施例２） 本実施例２の排ガス浄化触媒用メタル担体の場合には、
帯状の２つのロウ箔が用いられる。この２つのロウ箔は
、表２に示されるように、ハニカム部１の軸方向の巾長
ざＬｌがそれぞれ３６ｍｍのものが設定領域長ざＬを８
Ｑｍｍとした範囲で、ハニカム部１の両端からの長さＬ
３が２０ｍｍの位置に配設される。これにより前記２つ
のロウ箔は、互いに対向する端部同志で形成されるリン
グ表１ 評価試験結果 状の間隔Ｚの長さＬ２が４ｍｍｋ：設定される。

なお、本実施例２のメタル担体は、前記以外は、実施例
１の構成と同様であり、実施例１の方法及び条件下で触
媒貴金属を担持させて表１に示すテストサンプルＢを得
た。

（実施例３） 本実施例３の排ガス浄化触媒用メタル担体の場合には、
帯状の２つのロウ箔が用いられる。この２つのロウ箔は
表２に示されるように、ハニカム部１の軸方向の巾長さ
Ｌｌがそれぞれ３６ｍｍのものが設定領域長さしを３Ｑ
ｍｍとした範囲で、ハニカム部１の両端からの長ざＬ３
が２０ｍｍの位置に配設される。これにより前記２つの
ロウ箔は、互いに対向する端部同志で形成されるリング
状の間隔Ｚの長さＬ２が８ｍｍに設定される。

なお、本実施例３のメタル担体は、前記以外は、実施例
１の構成と同様であり、実施例１の方法及び条件下で触
媒貴金属を担持させて表１に示すテストサンプルＣを得
た。

（実施例４） 本実施例４の排ガス浄化触媒用メタル担体の場合には、
帯状の２つのロウ箔が用いられる。この２つのロウ箔は
、表２に示されるように、ハニカム部１の軸方向の巾長
さＬｌがそれぞれ３３ｍｍのものが設定領域長さしを８
０ｍｍとした範囲で、ハニカム部１の両端からの長さＬ
３が２０ｍｍの位置に配設される。これにより前記ロウ
箔は、互いに対向する端部同志により形成されるリング
状の間隔Ｚの長さＬ２が１４ｍｍに設定される。

なお、本実施例４のメタル担体は、前記以外は、実施例
１の構成と同様であり、実施例１の方法及び条件下で触
媒貴金属を担持させて表１に示すテストサンプルＤを得
た。

（比較例１） 本比較例１の排ガス浄化触媒用メタル担体の場合には、
帯状の２つのロウ箔が用いられる。この２つのロウ箔は
表２に示されるように、ハニカム部１の軸方向の巾長さ
Ｌｌがそれぞれ３２ｍｍのものが設定領域長ざＬを３Ｑ
ｍｍとした範囲でハニカム部１の両端からの長さＬ３が
２０ｍｍの位置に配設される。これにより前記２つのロ
ウ箔は、互いに対向する端部同志により形成されるリン
グ状の間隔Ｚの長さＬ２が１６ｍｍに設定される。

なお、本比較例１のメタル担体は、前記以外は、実施例
１の構成と同様であり、実施例１の方法及び条件下で触
媒貴金属を担持させて表１に示すテストサンプルＥを得
た。

（比較例２〉 本比較例２の排ガス浄化触媒用メタル担体の場合には、
帯状の２つのロウ箔が用いられる。この２つのロウ箔は
、表２に示されるように、ハニカム部１の軸方向の巾長
さＬｌがそれぞれ４０ｍｍのものが設定領域長ざＬを８
０．５ｍｍとした範囲でハニカム部１の両端からの長さ
Ｌ３が２０ｍｍの位置に配設される。これにより前記２
つのロウ箔は、互いに対向する端部同志により形成され
るリング状の間隔Ｚの長さＬ２が０．５ｍｍに設定され
る。

なお、本比較例２のメタル担体は、前記以外は、実施例
１の構成と同様であり、実施例１の方法及び条件下で触
媒貴金属を担持させて表１に示すテストサンプルＦを得
た。

（実施例５） 本実施例５の排ガス浄化触媒用メタル担体の場合には、
帯状の３つのロウ箔が用いられる。この３つのＯつ箔は
、表２に示されるように、ハニカム部１の軸方向の巾長
ざＬｌがそれぞれ２５ｍｍのものが設定領域長ざＬを６
１ｍｍとした範囲で配設され、かつ両側の２つのロウ箔
は、ハニカム部１の両端からの長さＬ３が２Ｑｍｍの位
置に配設される。これにより各ロウ箔は、ハニカム部１
の軸方向で互いに対向する端部同志により形成される２
つのリング状の間隔Ｚの長ざＬ２が３ｍｍに設定される
。

なお、本実施例５のメタル担体は、前記以外は、実施例
１の構成と同様であり、実施例１の方法及び条件下で触
媒貴金属を担持させて表１に示すテストサンプルＧを得
た。

（比較例３） 本比較例３の排ガス浄化触媒用メタル担体の場合には、
帯状の１つのロウ箔が用いられる。この１つのロウ箔は
、表２に示されるように、ハニカム部１の軸方向の巾長
さＬｌが８０ｍｍで設定領域長ざＬを８Ｑｍｍとした範
囲で、ハニカム部１の両端からの長ざＬ３が２０ｍｍの
位置に配設ざ表２ 接合部の設定条件 れる。このため、ハニカム部１の軸方向には、リング状
の間隔Ｚが形成されない。

なお、本比較例３のメタル担体は、前記ひとつのロウ箔
を用いた以外は、実施例１の構成と同様であり、実施例
１の方法及び条件下で触媒貴金属を担持させて表１に示
すテストサンプルＨを得た。

（評価） 上記のようにして得られた各実施例のテストサンプルＡ
、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｇ及び各比較例のテストサンプルＥ、Ｆ
、Ｈを耐久試験に供し、耐久試験の終了後、ハニカム部
１の破損状況を目視で判定評価した。結果を表１に示す
。なお耐久試験条件は、３０００ｃｃの直列６気筒エン
ジンの排気系に上記各テストサンプルＡ−１−１毎に取
付け、理論空燃比（Ａ／Ｆ）＝１４．６、触媒入りガス
温度８５０℃で１０分間および３００℃で１０分間の運
転を繰返す冷熱サイクルを９００サイクル（３００時間
）行なった。評価は３００サイクル毎にテストサンプル
Ａ〜Ｈを点検し、異常があればその時点で評価を中止し
た。

また、評価が終了した時点でテストサンプルＡ〜Ｈにつ
いて上記エンジンを用いて理論空燃比（Ａ／Ｆ＞＝１４
．６、触媒入りガス温度４００℃、エンジンの回転数２
００Ｏｒｐｍ、負圧−３６０ｍｍＨｇとなる条件でＨＣ
，Ｃｏ５Ｎ０Ｘの浄化率（％）を測定した。結果を表１
に示す。

表１より、各実施例のメタル担体は、比較例のメタル担
体に比べてハニカム部のズレがなく、かつ異常がないこ
とがわかる。これは、各実施例の接合部に１〜１５ｍｍ
のリング状の間隔を形成しているため、冷熱サイクル時
に担体軸方向に発生する応力に対し、前記間隔内で非接
合部が適量、変形することによって吸収されて低減でき
、かつ前記間隔によって周方向の距離を長く形成するこ
とによる境界部での応力を分散する効果を引出すことが
できるものであることが明らかである。

ざらに、また排ガス浄化率（％）を測定した結果、各実
施例のテストサンプルＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄ。

Ｇでは全部が優れた排ガス浄化率を示した。これに対し
各比較例のテストサンプルＥ、Ｆ、Ｈでは全部の排ガス
浄化率（％）が低くなっていることが判明した。

なお、前記各実施例ではロウ部材を用いたロウ付位置を
、ハニカム部の軸方向のほぼ中央部に設定した場合を示
したが、これに限定されるものではなく、ロウ付位置を
ハニカム部の軸方向の一方の端側に設定することもでき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は、本発明の実施例の排ガス浄化触媒用
メタル担体の説明図で、第１図は斜視図、第２図は部分
縦断面図、第３図は分解した状態を示す斜視図でおる。 第４図は従来のメタル担体を示す斜視図である。第５図
は第４図における分解斜視図である。 １・・・ハニカム部　　　１０・・・平板２Ａ、２Ｂ・
・・第２０つ部材 １１・・・波板　　　　　３・・・外筒２ｂ・・・第２
０つ部材　Ｌ・・・設定領域Ｌ１・・・軸方向の巾長さ Ｌ２・・・リング状の間隔の長さ Ｌ３・・・ハニカム部の両端からの長さＺ・・・リング
状の間隔 特許出願人　　　トヨタ自動車株式会社同　　　　　新
日本製鐵株式会社 同　　　　　日本金属株式会社 代理人　　　　弁理士　大川　宏

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）平板と波板とを重ねてロール状に巻いて形成され
   たハニカム部と、該ハニカム部の外周に円筒状に巻き付
   けられたロウ部材と、該ハニカム部が収納される外筒と
   よりなり、該ハニカム部の外周面と該外筒の内周面とが
   該ロウ部材を介して接合された接合部をもつメタル担体
   において、該接合部は、担体軸方向に１〜１５ｍｍのリ
   ング状の間隔を隔てて形成された複数の帯であることを
   特徴とする排ガス浄化触媒用メタル担体。